Nhật Bản tăng tốc phát triển thế hệ pin EV mới đi 1.000 km chỉ với 1 lần sạc

Hoàng Lâm

28/10/2022

Trong khi thế giới vẫn còn đang loay hoay với vấn đề pin lithium-ion thì các nhà sản xuất ô tô đến các trường đại học, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đang tăng tốc nỗ lực phát triển loại pin thế hệ tiếp theo cho phép xe điện đi được quãng đường 1.000 km chỉ với một lần sạc.

Pin Fluoride-ion được cho là có khả năng trở thành một lựa chọn khả thi vào đầu những năm 2030. Nó cung cấp mật độ năng lượng gấp sáu đến bảy lần so với pin lithium-ion, tiêu chuẩn hiện tại trong xe điện, mở đường cho các loại pin nhỏ hơn và nhẹ hơn.

Điện cực trong pin Fluoride-ion yêu cầu ít vật liệu hơn so với pin lithium-ion. Về mặt lý thuyết, pin mới cũng có thể được chế tạo mà không có kim loại hiếm, làm giảm khả năng xảy ra các vấn đề trong chuỗi cung ứng.

Đại học Kyoto đã dẫn đầu sự phát triển của pin Fluoride-ion ở Nhật Bản. Vào năm 2017, đơn vị này đã tạo ra một mẫu hoạt động ở nhiệt độ phòng. Nghiên cứu thông thường tập trung vào pin ở trạng thái rắn, loại pin này không thể dẫn các Fluoride-ion một cách hiệu quả trừ khi được làm nóng đến 150 C hoặc nóng hơn. Pin của trường đại học đã giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một dung dịch điện phân có chứa Fluoride hữu cơ.

Vào năm 2020, Đại học Kyoto và Toyota Motor đã thử nghiệm một nguyên mẫu pin Fluoride -ion ở trạng thái rắn. Viện Nghiên cứu Honda đã công bố vào năm 2018 những bước đột phá quan trọng trong nghiên cứu pin Fluoride-ion dưới nỗ lực chung với NASA và Viện Công nghệ California.

Những thách thức vẫn còn trước khi pin Fluoride-ion khả thi về mặt thương mại. Ví dụ, sự pha trộn tối ưu giữa vật liệu điện cực và chất điện phân vẫn chưa được phát hiện.

Như vậy, pin Fluoride-ion vẫn hoạt động tốt hơn về chu kỳ sạc lại và sức điện động. Rào cản chính là tìm ra một cách tiếp cận hiệu quả trong việc xác định vật liệu nào sẽ hiệu quả để sản xuất pin Fluoride-ion.

Một nhóm các nhà nghiên cứu bao gồm Kenichi Okazaki, hiện là phó giáo sư tại Đại học Ritsumeikan, vào tháng 9 đã đưa ra phân tích về phản ứng của các điện cực màng bismuth-và chì trong pin Fluoride-ion, cùng với tác dụng của chúng trong việc sạc và phóng điện.

Bismut trong catốt phản ứng trực tiếp với các ion Fluoride, làm cho điện cực phồng lên. Trong khi đó, chì ở cực dương hòa tan vào dung dịch điện phân và lắng đọng các tinh thể trên bề mặt điện cực. Những khác biệt này ảnh hưởng đến số chu kỳ sạc mà pin có thể trải qua.

Okazaki cho biết, kết quả đã cung cấp một hướng tìm kiếm vật liệu làm pin.

Đến năm 2025, các nhà nghiên cứu có kế hoạch phát triển một nguyên mẫu pin với điện cực đồng và nhôm - những vật liệu rẻ và ít rủi ro hơn so với các lựa chọn khác. Họ cũng nhằm mục đích cải thiện điện áp từ 0,3 volt đạt được với pin bismuth-chì lên ít nhất 2 volt, mức cần thiết cho mục đích sử dụng thương mại.